JP2006186950A - ノイズ抑制回路 - Google Patents

Abstract

【課題】機器の小型化や重量の軽量化をすることができるノイズ抑制回路を提供する。
【解決手段】第１の導電線３および第２の導電線４によって伝送され、これらの導電線３，４の間で電位差を生じさせるノーマルモードノイズを抑制する回路であって、磁性体部分５Ａとこの磁性体部分５Ａに磁気的に連結された磁性体部分５Ｂとを含むと共に、磁性体部分５Ａを共有するようにして２つの磁気ループを構成する磁芯５と、合計巻数が奇数となるように磁芯５の磁性体部分５Ａに巻かれると共に第１の導電線３に直列的に挿入接続された第１のコイル１１Ａおよび第２のコイル１１Ｂからなるインダクタと、一端が第１のコイル１１Ａおよび第２のコイル１１Ｂの接続点Ｐに接続され、他端が第２の導電線４に接続されたキャパシタ６とを備える。
【選択図】 図１

Description

本発明は、導電線上を伝搬するノイズを抑制するノイズ抑制回路に関する。

スイッチング電源、インバータ、照明機器の点灯回路等のパワーエレクトロニクス機器は、電力の変換を行う電力変換回路を有している。電力変換回路は、直流を矩形波の交流に変換するスイッチング回路を有している。そのため、電力変換回路は、スイッチング回路のスイッチング周波数と等しい周波数のリップル電圧や、スイッチング回路のスイッチング動作に伴うノイズを発生させる。このリップル電圧やノイズは他の機器に悪影響を与える。そのため、電力変換回路と他の機器あるいは線路との間には、リップル電圧やノイズを低減する手段を設ける必要がある。

また、最近、家庭内における通信ネットワークを構築する際に用いられる通信技術として電力線通信が有望視され、その開発が進められている。電力線通信は、電力線に高周波信号を重畳して通信を行う。この電力線通信では、電力線に接続された種々の電気・電子機器の動作によって、電力線上にノイズが発生し、このことが、エラーレートの増加等の通信品質の低下を招く。そのため、電力線上のノイズを低減する手段が必要になる。また、電力線通信では、屋内電力線上の通信信号が屋外電力線に漏洩することを阻止する必要がある。

これらのノイズを抑制するために、電源ラインや信号ラインなどにラインフィルタを設けることが有効である。ラインフィルタとしては、インダクタンス素子（インダクタ）とキャパシタとを含むフィルタ、いわゆるＬＣフィルタがよく用いられている。ＬＣフィルタには、インダクタンス素子とキャパシタとを１つずつ有するものの他に、Ｔ型フィルタやπ型フィルタ等がある。また、電磁妨害（ＥＭＩ）対策用の一般的なノイズフィルタも、ＬＣフィルタの一種である。一般的なＥＭＩフィルタは、コモンモードチョークコイル、ノーマルモードチョークコイル、Ｘコンデンサ、Ｙコンデンサ等のディスクリート素子を組み合わせて構成されている。

なお、２本の導電線を伝搬するノイズには、２本の導電線の間で電位差を生じさせるノーマルモード（ディファレンシャルモード）ノイズと、２本の導電線を同じ位相で伝搬するコモンモードノイズとがある。

米国特許文献１には、Ｔ型フィルタの例が記載されている。図８にその回路を示す。この回路は、第１の導電線１２６に直列的に挿入され、かつ互いに電磁気的に結合された第１および第２のインダクタ１４０，１４６を備えている。この回路はまた、直列に接続された第３のインダクタ１４２と、並列に接続されたキャパシタ１４および抵抗１６とからなり、一端が第１のインダクタ１４０と第２のインダクタ１４６との間に接続され、他端が第２の導電線１２８に接続された直列回路を備えている。
米国特許第６５４９４３４号明細書

ここで、図８に示した回路において、ノーマルモードノイズを低減するための理想的な条件は以下のとおりである。まず、第１および第２のインダクタ１４０，１４６のインダクタンスを互いに同一の値とし、かつ結合係数を１とする。また、第３のインダクタ１４２のインダクタンスも、第１および第２のインダクタ１４０，１４６のインダクタンスと同一の値とする。並列に接続されたキャパシタ１４および抵抗１６は、直流や低域の電流を流させないためのハイパスフィルタとして機能するものであり、そのインピーダンスはノイズ減衰帯域で無視できるほど小さい低インピーダンスであるものとする。

この理想的な回路条件において、図８に示したように、入力端子１２０Ａ，１２０Ｂ間にノーマルモードの電圧Ｖｉが印加されると、この電圧Ｖｉは、第１のインダクタ１４０と第３のインダクタ１４２とによって分圧され、第１のインダクタ１４０の両端間と第３のインダクタ１４２の両端間にそれぞれＶｉ／２の電圧が発生する。なお、図中の矢印は、その先の方が高い電位であることを表している。第１のインダクタ１４０と第２のインダクタ１４６は互いに電磁気的に結合されているので、第１のインダクタ１４０の両端間に発生した電圧Ｖｉ／２に応じて、第２のインダクタ１４６の両端間にも電圧Ｖｉ／２が発生する。その結果、出力端子１２２Ａ，１２２Ｂ間の電圧Ｖｏは、第２のインダクタ１４６の両端間に発生した電圧Ｖｉ／２と第３のインダクタ１４２の両端間の電圧Ｖｉ／２とが相殺されることにより、原理的にはゼロとなる。逆に、出力端子１２２Ａ，１２２Ｂ間にノーマルモードの電圧が印加された場合も、上記の説明と同様にして、入力端子１２０Ａ，１２０Ｂ間の電圧は、原理的にはゼロとなる。このようにしてノーマルモードノイズを抑制することができる。

このように、図８に示した回路では、第１，第２および第３のインダクタ１４０，１４６，１４２は必須の構成要素となっている。しかしながら、これらはサイズが非常に大きく重いため、機器の小型化や重量の軽量化の妨げとなっている。

本発明はかかる問題点に鑑みてなされたもので、その目的は、機器の小型化や重量の軽量化を実現することができるノイズ抑制回路を提供することにある。

本発明のノイズ抑制回路は、第１および第２の導電線によって伝送され、これらの導電線の間で電位差を生じさせるノーマルモードノイズを抑制する回路であって、一の磁性体部分とこの一の磁性体部分に磁気的に連結された他の磁性体部分とを含むと共に、一の磁性体部分を共有するようにして２つの磁気ループを構成する磁芯と、合計巻数が奇数となるように磁芯の一の磁性体部分に巻かれると共に第１の導電線に直列的に挿入接続された第１のコイルおよび第２のコイルからなるインダクタと、一端が第１のコイルおよび第２のコイルの接続点に接続され、他端が第２の導電線に接続されたキャパシタとを備えたものである。

ここで、合計巻数とは、一の磁性体部分に巻かれた第１のコイルおよび第２のコイルのそれぞれの巻数を足し合わせた数を指す。また、このインダクタの巻数は、１以上の奇数であればよいが、相互インダクタンスの大きさの調整し易さを考慮すると、３以上の奇数であることが望ましい。また、キャパシタは、回路部品で構成できるほか、回路基板の寄生容量などで構成しても良い。また、第１のコイルおよび第２のコイルのインダクタンスは互いに等しいことが望ましい。また、インダクタを構成する巻き線の両端と接続点とは、磁芯内に生じる磁路を含む面を基準として、一方の面側と他方の面側にそれぞれ別個に位置することが望ましい。

本発明のノイズ抑制回路では、インダクタの合計巻数を奇数にすることで、第１のコイルおよび第２のコイルの接続点と第２の導電線との間に第３のインダクタをキャパシタと直列に挿入接続させていた従来の構成と等しい減衰特性を得ることが原理的に可能となる。そのため、第３のインダクタを挿入しなくても、あたかも第３のインダクタが挿入されているかの様にノイズ抑制回路を作用させることが可能となる。

ところで、上記のように奇数巻きではなく、偶数巻きとした場合には、相互インダクタンスの値がマイナスとなってしまうため、従来の構成と等しい減衰特性を得ることが原理的に不可能である。また、相互インダクタンスの値がマイナスとなってしまうため、第３のインダクタを直列に挿入接続しない場合には、奇数巻きの場合と比べてノイズ抑制回路の減衰量が非常に小さくなってしまい、実用に耐える減衰量を確保することは困難である。

しかしながら、本発明のように、奇数巻きとした場合には、上述のように、従来の構成と等しい減衰特性を得ることが原理的に可能であるので、偶数巻きの場合と比べてノイズ抑制回路の減衰量を非常に大きくすることができ、実用に耐える減衰量を確保することができる。

ただし、本発明は、第１のコイルおよび第２のコイルの接続点と第２の導電線との間に微調整用のインダクタを直列に挿入接続することを排除するものではない。従って、例えば、相互インダクタンスの結合係数のばらつきに応じて微調整用のインダクタを直列に挿入接続して所望の減衰特性が得られるようにしても構わない。また、例えば、低周波側の減衰量を大きくしたい場合に微調整用のインダクタを挿入するようにしても構わない。

本発明のノイズ抑制回路によれば、合計巻数が奇数となるように磁芯の一の磁性体部分に巻かれると共に第１の導電線に直列的に挿入接続された第１のコイルおよび第２のコイルからなるインダクタを備えるようにしたので、実用に耐える減衰量を確保しつつ、第３のインダクタを削除することができる。その結果、機器の小型化や重量の軽量化を実現することができ、コストの削減も実現することができる。

以下、本発明の実施の形態について図面を参照して詳細に説明する。

［第１の実施の形態］
まず、本発明の第１の実施の形態に係るノイズ抑制回路について説明する。本実施の形態に係るノイズ抑制回路は、２本の導電線によって伝送され、これらの導電線の間で電位差を生じさせるノーマルモードノイズを抑制する回路である。

図１（Ａ）は、本実施の形態に係るノイズ抑制回路の概略構成を表したものである。図１（Ｂ）は、図１（Ａ）のノイズ抑制回路の等価回路を表したものである。

このノイズ抑制回路は、図１（Ａ）に示したように、一対の端子１Ａ，１Ｂと、他の一対の端子２Ａ，２Ｂと、端子１Ａ，２Ａ間を接続する第１の導電線３と、端子１Ｂ、２Ｂ間を接続する第２の導電線４と、磁芯５とを備えている。

ここで、磁芯５とは、一の磁性体部分とこの一の磁性体部分に磁気的に連結された他の磁性体部分とを含むと共に、一の磁性体部分を共有するようにして２つの磁気ループを構成するものであり、例えば、Ｅ型およびＩ型の磁性体を、またはＥ型の磁性体同士を磁気的に連結して構成したものを含む概念である。従って、磁気ループ内にギャップが設けられていても構わない。なお、本実施の形態では、磁芯５のうち中央の磁路を構成する磁性体部分５Ａが本発明の一の磁性体部分の一具体例に相当し、また、磁芯５のうち中央の磁路以外の磁路を構成する磁性体部分５Ｂが本発明の他の磁性体部分の一具体例に相当する。

また、第１の導電線３には、磁性体部分５Ａに導電線が奇数回（ｎ回）巻かれた単一のコイル１１からなるインダクタが直列に挿入接続されている。なお、上記の奇数とは、一般的には、磁芯５に設けられた２つの穴を通過している導電線の数がそれぞれ１以上の奇数であることを意味している。

このコイル１１は、上記のように単一の巻線で構成されたものであるが、本実施の形態では、便宜的に第１のコイル１１Ａおよび第２のコイル１１Ｂを直列に接続して構成したものであるとし、両コイルの境目を接続点Ｐとする。

ここで、上記の「奇数」について、接続点Ｐに着目して詳細に説明する。まず、接続点Ｐを起点として磁芯５に設けられた２つの穴に導電線の両端をそれぞれ１回通過させた状態を１巻きのコイル１１とする。このとき、コイル１１の両端と接続点Ｐとは、磁芯５内に生じる磁路を含む面を基準として、一方の面側と他方の面側にそれぞれ別個に位置する。このような配置を基準配置とする。さらに、１巻きのコイル１１の両端を磁芯５に設けられた２つの穴にそれぞれ偶数回通過させて、導電線を磁芯５に巻き付けると共に、コイル１１の両端と接続点Ｐとの位置関係を上記の基準配置にする。このとき、１巻きのコイル１１の両端に新たに巻かれた巻き線のそれぞれの巻数が奇数となるようにする。これにより、１巻きのコイル１１の両端に新たに巻かれた巻き線のそれぞれの巻数の合計は偶数となるので、磁芯５に巻き付けられたコイル１１の合計巻数を奇数とすることができる。

従って、上記の「奇数」とは、本実施の形態において、接続点Ｐを起点として磁芯５に設けられた２つの穴に導電線の両端をそれぞれ通過させて、導電線を磁芯５に巻き付けた結果、磁芯５に設けられた２つの穴を通過している導電線の数がそれぞれ１以上の奇数であることを意味している。

なお、この接続点Ｐは、減衰特性の観点から、コイル１１における、第１のコイル１１Ａおよび第２のコイル１１Ｂのインダクタンスが互いに等しくなる箇所、いわゆる中点であることが望ましいが、中点でなくても良い。ただし、接続点Ｐが中点でない場合であっても、コイル１１の両端と接続点Ｐとの位置関係は上記の基準配置とする。

ここで、コイル１１の巻き数を９とした場合を例にして説明する。まず、第１のコイル１１Ａの巻き数を４．５、第２のコイル１１Ｂの巻き数を４．５とした場合には、コイル１１の両端と接続点Ｐとの位置関係は上記の基準配置となることが確認できる。このとき、第１のコイル１１Ａおよび第２のコイル１１Ｂの磁芯５に対する巻き方に差異がなく、第１のコイル１１Ａおよび第２のコイル１１Ｂのインダクタンスが互いに等しい場合は、接続点Ｐは中点と一致する。また、第１のコイル１１Ａの巻き数を３．５、第２のコイル１１Ｂの巻き数を５．５とした場合にも、コイル１１の両端と接続点Ｐとの位置関係は上記の基準配置となることが確認できる。しかしながら、このとき、第１のコイル１１Ａおよび第２のコイル１１Ｂのインダクタンスは通常は互いに等しくならないので、接続点Ｐは中点と一致しない。

なお、コイル１１は、上記のように単一の巻線で構成されたものでなくても良く、例えば別々のコイルを直列に接続して構成したものであっても良い。ただし、その場合には、それぞれのコイルが互いに同一の極性を有すると共に、互いに電磁気的に結合されていることが必要となる。

このノイズ抑制回路はまた、一端が第１のコイル１１Ａおよび第２のコイル１１Ｂの接続点Ｐに接続され、他端が第２の導電線４に接続されたキャパシタ６を備えている。このキャパシタ６は、周波数が所定値以上のノーマルモード信号を通過させるハイパスフィルタとして機能する。このように、本実施の形態では、第１のコイル１１Ａおよび第２のコイル１１Ｂの接続点Ｐと第２の導電線４との間に、従来から用いられて来た第３のインダクタを設けていないが、例えば、第３のインダクタのインダクタンスよりもはるかに小さいインダクタンスを有する微調整用のインダクタをキャパシタ６に直列に接続するようにしても良い。なお、このような微調整用のインダクタが用いられるケースについては、後に詳述する。

図１（Ａ）に示したノイズ抑制回路を、等価回路として表現すると、図１（Ｂ）に示したようなＴ型回路となる。このＴ型回路は、第１の導電線３に直列的に挿入されたインダクタＬｘ，Ｌｙと、直列に接続されたインダクタＬｚおよびキャパシタ６からなり、一端がインダクタＬｘおよびインダクタＬｙの間に接続され、他端が第２の導電線４に接続された直列回路とを備えている。

インダクタＬｘおよびＬｙのインダクタンスは、同一の値であることが好ましい。本実施の形態では、第１のコイル１１Ａおよび第２のコイル１１Ｂのインダクタンスが互いに等しくなる箇所に直列回路の一端を接続するようにすることで、各インダクタンスを等しくすることができる。

なお、このインダクタＬｘ，Ｌｙ，Ｌｚのインダクタンスは、本実施の形態のノイズ抑制回路の基本となる動作を説明する箇所で詳述されるが、インダクタＬｘおよびＬｙのインダクタンスを同一の値とした場合において、コイル１１の巻き数ｎが１のときは、Ｌｘ＝Ｌｙ＝Ｌ₀ ＋Ｌ₁ −Ｍ₁ 、Ｌｚ＝Ｍ₁ となり、コイル１１の巻き数ｎが３以上の奇数のときは、Ｌｘ＝Ｌｙ＝（Ｌ₀ ＋Ｌ₁ −Ｍ₁ ）＋（Ｌ_n-1 ＋Ｍ_n-1 ）＋Ｍ₀ 、Ｌｚ＝Ｍ₁ −Ｍ_n-1 となる。

ここで、Ｌ₀ は、コイル１１の巻き数ｎが１の場合に、磁性体部分５Ａを通る磁束φ０がコイル１１を貫通することにより生じる自己インダクタンス、Ｌ₁ は、コイル１１の巻き数ｎが１の場合に、磁性体部分５Ｂを通る磁束φ１がコイル１１の外周を周回するにより生じる自己インダクタンス、Ｌ_n-1 は、コイル１１の巻き数がｎ−１（ｎは３以上の奇数）の場合に、磁性体部分５Ａを通る磁束φｎ−１がコイル１１を貫通することにより生じる自己インダクタンス、Ｍ_n-1 は、コイル１１の巻き数がｎ−１（ｎは３以上の奇数）の場合に、磁性体部分５Ａを通る磁束φｎ−１がコイル１１を貫通することにより生じる相互インダクタンス、Ｍ₀ は、コイル１１の巻き数がｎ（ｎは３以上の奇数）の場合に、コイル１１のうちの１巻きの導電線が形成する、コイル１１を貫通する磁束φ０が、コイル１１のうちの先の１巻きを除くｎ−１巻きの巻き線を貫通することにより生じる相互インダクタンスである。

次に、図２（Ａ）〜（Ｃ）ないし図５（Ａ）〜（Ｂ）を参照して、本実施の形態に係るノイズ抑制回路の基本となる動作について説明する。なお、図２（Ａ）〜（Ｃ）はコイル１１の巻き数が１の場合、図３（Ａ）〜（Ｃ）はコイル１１の巻き数が２の場合、図４（Ａ）〜（Ｂ）はコイル１１の巻き数が３の場合、図５（Ａ）〜（Ｂ）はコイル１１の巻き数がｎ（ｎは３以上の奇数）の場合の概略構成および等価回路を表したものである。なお、インダクタＬｘ，Ｌｙのインダクタンスは互いに同一の値とする。キャパシタＣのインピーダンスは無視できるほど小さい低インピーダンスであるものとする。

まず、コイル１１の巻き数が１の場合について説明する。図２（Ａ）に示したように、端子１Ａ，１Ｂ間に電流ｉ₁ を流すと、磁性体部分５Ａに磁束φ０、磁性体部分５Ｂに磁束φ１がそれぞれ生じ、それに伴い、図２（Ｂ）に示したように、インダクタＬ₀ ，Ｌ₁ が生じる。そして、磁束φ１の変化により、端子２Ａ，２Ｂ間のインダクタＬ₁ に起電力が発生し、この起電力により端子２Ａ，２Ｂ間に電流ｉ₂ が流れる。なお、磁束φ０は、端子２Ａ，２Ｂ間の導電線のループと鎖交しないので、端子２Ａ，２Ｂ間の導電線に影響を及ぼさない。

これより、図２（Ａ）に示したノイズ抑制回路の等価回路は図２（Ｃ）のようになる。なお、図２（Ｃ）中のＬｘおよびＬｙはＬ₀ ＋Ｌ₁ −Ｍ₁ となり、ＬｚはＭ₁ となる。

次に、コイル１１の巻き数が２の場合について説明する。図３（Ａ）に示したように、端子１Ａ，１Ｂ間に電流ｉ₁ を流すと、磁性体部分５Ａから磁性体部分５Ｂに向かう磁束φ２が生じ、それに伴い、図３（Ｂ）に示したように、インダクタＬ₂ が生じる。そして、磁束φ２の変化により、端子２Ａ，２Ｂ間のインダクタＬ₂ に起電力が発生し、この起電力により端子２Ａ，２Ｂ間に電流ｉ₂ が流れる。

これより、図３（Ａ）に示したノイズ抑制回路の等価回路は図３（Ｃ）のようになる。なお、図３（Ｃ）中のＬｘおよびＬｙはＬ₂ ＋Ｍ₂ 、Ｌｚは−Ｍ₂ となる。

なお、コイル１１の巻き数が２以上の偶数の場合は、コイル１１の巻き数が２の場合と同様の動作原理を有する。従って、このときのＬｘおよびＬｙはＬ_n-1 ＋Ｍ_n-1 、Ｌｚは−Ｍ_n-1 となる（ｎ−１は２以上の偶数）。なお、Ｌ_n-1 およびＭ_n-1 は巻き数が大きくなるにつれて大きくなる。

続いて、コイル１１の巻き数が３の場合について説明する。巻き数が３のコイル１１は、例えば、巻き数が１のコイル１１の接続点Ｐを固定した状態で、接続点Ｐから端子１Ａ，２Ａへ伸びるそれぞれの導電線を磁芯５に設けられた穴に２回貫通させることにより形成することができる。このことから、コイル１１の巻き数が３の場合は、コイル１１の巻き数が１の場合と、コイル１１の巻き数が２の場合とを組み合わせた回路とみなすことができる。

従って、図４（Ａ）に示したように、端子１Ａ，１Ｂ間に電流ｉ₁ を流すと、磁性体部分５Ａに磁束φ０、磁性体部分５Ｂに磁束φ１がそれぞれ生じると共に、磁性体部分５Ａから磁性体部分５Ｂに向かう磁束φ２が生じると考えられる。このとき、巻き数が１の巻き線で発生した磁束φ０が、巻き数が２の巻き線と鎖交するので、これにより相互インダクタンスＭ₀ が生じる。

これより、図４（Ａ）に示したノイズ抑制回路の等価回路は図４（Ｂ）のようになり、図４（Ｂ）中のＬｘおよびＬｙはコイル１１の巻き数が１の場合のＬｘ（Ｌｙ）に、コイル１１の巻き数が２以上の偶数の場合のＬｘ（Ｌｙ）を加えると共に、Ｍ₀ を足した値、すなわち、（Ｌ₀ ＋Ｌ₁ −Ｍ₁ ）＋（Ｌ２＋Ｍ２）＋Ｍ₀ となる。Ｌｚも同様にして、Ｍ₁ −Ｍ２となる。

続いて、上記をさらに一般化した、コイル１１の巻き数ｎ（ｎは３以上の奇数）の場合について説明する。コイル１１の巻き数が３以上の奇数の場合は、コイル１１の巻き数が１の場合と、コイル１１の巻き数がｎ−１（ｎ−１は２以上の偶数）の場合とを組み合わせた回路とみなすことができる。従って、図５（Ａ）に示したように、端子１Ａ，１Ｂ間に電流ｉ₁ を流すと、磁性体部分５Ａに磁束φ０、磁性体部分５Ｂに磁束φ１がそれぞれ生じると共に、磁性体部分５Ａから磁性体部分５Ｂに向かう磁束φｎ−１が生じると考えることができる。このとき、巻き数が１のコイル１１で発生した磁束φ０が、巻き数がｎ−１のコイル１１と鎖交するので、これにより相互インダクタンスＭ₀ が生じる。そのため、相互インダクタンスＭ₀ はｎ−１の大きさに応じて値が変化する。

これより、図５（Ａ）に示したノイズ抑制回路の等価回路は図５（Ｂ）のようになる。なお、図５（Ｂ）中のＬｘおよびＬｙはコイル１１の巻き数が１の場合のＬｘ（Ｌｙ）に、コイル１１の巻き数が２以上の偶数の場合のＬｘ（Ｌｙ）を加えると共に、Ｍ₀ を足した値、すなわち、（Ｌ₀ ＋Ｌ₁ −Ｍ₁ ）＋（Ｌ_n-1 ＋Ｍ_n-1 ）＋Ｍ₀ となる。Ｌｚも同様にして、Ｍ₁ −Ｍ_n-1 となる。

ここで、上記の理論式より得られた計算値が、実験により得られた実測値とよく一致することを検証する。

実験における計測の仕方を説明すると、まず、コイル１１の巻き数を１として、端子１Ａ，１Ｂ間のインダクタＬａ１＝（（Ｌ₀ ＋Ｌ₁ −Ｍ₁ ）−Ｍ₁ ＝Ｌ₀ ＋Ｌ₁ ）を計測すると共に、端子１Ａ，２Ａ間のインダクタＬｂ１＝（（Ｌ₀ ＋Ｌ₁ −Ｍ₁ ）＋（Ｌ₀ ＋Ｌ₁ −Ｍ₁ ）＝２（Ｌ₀ ＋Ｌ₁ −Ｍ₁ ））を計測した。次に、コイル１１の巻き数を２として、端子１Ａ，１Ｂ間のインダクタＬａ２＝（（Ｌ₂ ＋Ｍ₂ ）−Ｍ₂ ＝Ｌ₂ ）を計測すると共に、端子１Ａ，２Ａ間のインダクタＬｂ２＝（（Ｌ₂ ＋Ｍ₂ ）＋（Ｌ₂ ＋Ｍ₂ ）＝２（Ｌ₂ ＋Ｍ₂ ））を計測した。そして、コイル１１の巻き数を３として、端子１Ａ，１Ｂ間のインダクタＬａ３＝（（（Ｌ₀ ＋Ｌ₁ −Ｍ₁ ）＋（Ｌ₂ ＋Ｍ₂ ）＋Ｍ₀ ）＋（Ｍ₁ −Ｍ₂ ）＝Ｌ₀ ＋Ｌ₁ ＋Ｌ₂ ＋Ｍ₀ ）を計測すると共に、端子１Ａ，２Ａ間のインダクタＬｂ３＝（（（Ｌ₀ ＋Ｌ₁ −Ｍ₁ ）＋（Ｌ₂ ＋Ｍ₂ ）＋Ｍ₀ ）＋（（Ｌ₀ ＋Ｌ₁ −Ｍ₁ ）＋（Ｌ₂ ＋Ｍ₂ ）＋Ｍ₀ ）＝２（（Ｌ₀ ＋Ｌ₁ −Ｍ₁ ）＋（Ｌ₂ ＋Ｍ₂ ）＋Ｍ₀ ））を計測した。

上記のようにして計測した結果得られたＬｂ３の値は、１．５３μＨであった。一方、理論式より得られたＬｂ３の値は、１．５２μＨであった。このことから、コイル１１の巻き数を３とした場合には、理論式より得られた計算値が、実験により得られた実測値とよく一致することが確認できる。また、コイル１１の巻き数を３以上の奇数とした場合であっても、コイル１１の巻き数を３とした場合と同様の理論を適用することができることから、両者の値が良く一致すると考えられる。

さて、コイル１１の巻き数が１以上の奇数の場合、図５（Ｂ）に示したように、第１のコイル１１Ａおよび第２のコイル１１Ｂの接続点Ｐと第２の導電線４との間に第３のインダクタをキャパシタと直列に挿入接続させていた従来の構成と等しい減衰特性を得ることが原理的に可能となる。そのため、第３のインダクタを挿入しなくても、あたかも第３のインダクタが挿入されているかの様にノイズ抑制回路を作用させることが可能となる。その結果、端子２Ａ，２Ｂ間の電圧Ｖｏは、端子１Ａ，１Ｂ間に印加された電圧Ｖｉよりも小さくなる。逆に、端子２Ａ，２Ｂ間にノーマルモードの電圧が印加された場合も、上記の説明と同様にして、端子１Ａ，１Ｂ間の電圧は、端子２Ａ，２Ｂ間に印加された電圧よりも小さくなる。このように、理想的には、端子１Ａ，１Ｂにノーマルモードノイズが印加された場合と、端子２Ａ，２Ｂにノーマルモードノイズが印加された場合のいずれの場合にも、ノーマルモードノイズを抑制することができる。

このように、本実施の形態のノイズ抑制回路は、コイル１１の巻き数を１以上の奇数とすることで、第１のコイル１１Ａおよび第２のコイル１１Ｂの接続点Ｐと第２の導電線４との間に第３のインダクタをキャパシタと直列に挿入接続させていた従来の構成と等しい減衰特性を得ることが原理的に可能となる。そのため、第３のインダクタを挿入しなくても、あたかも第３のインダクタが挿入されているかの様にノイズ抑制回路を作用させることが可能となる。

ただし、コイル１１の巻き数が３以上の奇数の場合には、コイル１１の巻き線のうち偶数巻きの巻数を変化させることにより、Ｌｘ，ＬｙおよびＬｚの値、すなわち減衰特性を自在に変化させることが可能である。例えば、図６に例示したように、コイル１１の巻き線のうち偶数巻きの巻数を大きくすると、相互インダクタンスＬｚが小さくなるので、減衰極が高周波側にシフトする。逆に、コイル１１の巻き線のうち偶数巻きの巻数を小さくすると、相互インダクタンスＬｚが大きくなるので、減衰極が低周波側にシフトする。このように相互インダクタンスＬｚを調節することにより、第３のインダクタが挿入されていなくても、所望の減衰特性を得ることが可能である。従って、設計の自由度の観点からは、コイル１１の巻き数が３以上の奇数であることが望ましい。

ところで、上記のように奇数巻きではなく、偶数巻きとした場合には、相互インダクタンスの値がマイナスとなってしまうため、従来の構成と等しい減衰特性を得ることが原理的に不可能である。また、相互インダクタンスの値がマイナスとなってしまうため、第３のインダクタを直列に挿入接続しない場合には、奇数巻きの場合と比べてノイズ抑制回路の減衰量が非常に小さくなってしまい、実用に耐える減衰量を確保することは困難である。

しかしながら、本実施の形態のように、奇数巻きとした場合には、上述のように、従来の構成と等しい減衰特性を得ることが原理的に可能であるので、偶数巻きの場合と比べてノイズ抑制回路の減衰量を非常に大きくすることができ、実用に耐える減衰量を確保することができる。

なお、本実施の形態は、図７に示したように、第１のコイル１１Ａおよび第２のコイル１１Ｂの接続点Ｐと第２の導電線４との間に調整用インダクタ７を直列に挿入接続することを排除するものではない。従って、例えば、相互インダクタンスの結合係数のばらつきに応じて調整用インダクタ７を直列に挿入接続して所望の減衰特性が得られるようにしても構わない。また、例えば、低周波側の減衰量を大きくしたい場合に調整用インダクタ７を挿入するようにしても構わない。

このように、本実施の形態のノイズ抑制回路によれば、合計巻数が奇数となるように磁性体部分５Ａに巻かれると共に第１の導電線３に直列的に挿入接続された第１のコイル１１Ａおよび第２のコイル１１Ｂからなるインダクタを備えるようにしたので、実用に耐える減衰量を確保しつつ、第３のインダクタを削除することができる。その結果、機器の小型化や重量の軽量化を実現することができ、コストの削減も実現することができる。

また、仮に微調整用のインダクタを挿入する場合であっても、第３のインダクタのようなインダクタンスが非常に大きいものを必要としないので、機器の小型化や重量の軽量化を妨げることはない。

なお、各実施の形態に係るノイズ抑制回路は、電力変換回路が発生するリップル電圧やノイズを低減する手段や、電力線通信において電力線上のノイズを低減したり、室内電力線上の通信信号が屋外電力線に漏洩することを防止する手段として利用することができる。

なお、本発明は上記の実施の形態に限定されず、種々の変更が可能である。

本発明の第１の実施の形態に係るノイズ抑制回路の概略構成図および等価回路図である。 図１のノイズ抑制回路において、インダクタの巻数を１とした場合の概略構成図および等価回路図である。 図１のノイズ抑制回路において、インダクタの巻数を２とした場合の概略構成図および等価回路図である。 図１のノイズ抑制回路において、インダクタの巻数を３とした場合の概略構成図および等価回路図である。 図１のノイズ抑制回路において、インダクタの巻数を奇数とした場合の概略構成図および等価回路図である。 図５のノイズ抑制回路の減衰特性を表した特性図である。 図５のノイズ抑制回路において、調整用インダクタをキャパシタと直列に挿入接続した場合の概略構成図および等価回路図である。 従来のノイズ抑制回路の等価回路図である。

符号の説明

１Ａ，１Ｂ，２Ａ，２Ｂ…端子、３…第１の導電線、４…第２の導電線、５…磁芯、５Ａ，５Ｂ…磁性体部分、６…キャパシタ、７…調整用インダクタ、１１…コイル、１１Ａ…第１のコイル、１１Ｂ…第２のコイル

Claims (5)

1. 第１および第２の導電線によって伝送され、これらの導電線の間で電位差を生じさせるノーマルモードノイズを抑制する回路であって、
   一の磁性体部分とこの一の磁性体部分に磁気的に連結された他の磁性体部分とを含むと共に、前記一の磁性体部分を共有するようにして２つの磁気ループを構成する磁芯と、
   合計巻数が奇数となるように前記磁芯の前記一の磁性体部分に巻かれると共に前記第１の導電線に直列的に挿入接続された第１のコイルおよび第２のコイルからなるインダクタと、
   一端が前記第１のコイルおよび第２のコイルの接続点に接続され、他端が前記第２の導電線に接続されたキャパシタと
   を備えたことを特徴とするノイズ抑制回路。
2. 前記第１のコイルおよび第２のコイルの合計巻数は３以上の奇数である
   ことを特徴とする請求項１に記載のノイズ抑制回路。
3. 前記第１のコイルおよび第２のコイルのインダクタンスは互いに等しい
   ことを特徴とする請求項１または２に記載のノイズ抑制回路。
4. 前記インダクタを構成する巻き線の両端は、前記磁芯内に生じる磁路を含む面を基準として、一方の側に位置し、前記接続点は他方の側に位置する
   ことを特徴とする請求項１ないし３のいずれか１項に記載のノイズ抑制回路。
5. 前記第１のコイルおよび第２のコイルの接続点と前記第２の導電線との間に、前記キャパシタと直列に挿入接続された調整用インダクタをさらに有する
   ことを特徴とする請求項１ないし４のいずれか１項に記載のノイズ抑制回路。

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